مدلسازي و تحليل توليد ‌‌‌آنتروپي كمپرسور جريان شعاعي توربوشارژر در محدوده ‌‌جرياني ‌سرج تا خفگي

Entropy generation analysis of a turbocharger centrifugal compressor in the range surge to choke

از روشي‌هاي تحليلي كه در سال‌هاي اخير جهت شناسايي افت‌هاي ‌‌جرياني مورد استفاده قرار گرفته، تحليل توليد ‌‌‌آنتروپي است كه از آن به عنوان ابزاري جهت شناسايي تلافات انرژي به صورت محلي استفاده مي‌ گردد. در اين پژوهش، افت‌هاي محلي ‌‌جريان در يك كمپرسور جريان شعاعي براي گستره دبي جرمي‌شرايط سرج تا خفگي، در سرعت دوراني طراحي مورد بررسي قرارگرفته‌است. بدين منظور، ‌با استفاده از ديناميك سيالات محاسباتي و بر پايه معادلات RANS، جريان سه بعدي درون كمپرسور به صورت پايا شبيه سازي شده و نتايج عملكردي آن با نتايج حاصل از آزمون تجربي در بستر تست گرم توربوشارژر مقايسه گشته‌است كه تطابق قابل قبولي را نشان مي‌ دهد. براي هر يك از اجزاي كمپرسور، توليد ‌‌‌آنتروپي جهت شناسايي تلفات، محاسبه و گزارش شده‌است. ضمن بررسي ساختار افت‌هاي محلي به صورت جزيي، نتايج تحليل كلي توليد ‌‌‌آنتروپي نشان داد، در نقطه طراحي، سهم پروانه، ديفيوزر، حلزوني و مجراي ورودي به ترتيب 50/85، 29/97، 12/35 و 0/43 درصد از افت كلي كمپرسور است. سهم توليد ‌‌‌آنتروپي فضاي پشتي پروانه و حفره‌هاي ديفيوزر نيز، به ترتيب 5/43 و 0/94 درصد از كل ‌‌‌آنتروپي توليد شده در نقطه طراحي مي‌باشد.

One of the analytical methods used in recent years to identify flow losses is entropy generation analysis, which is used to identify energy losses locally. This study investigates local losses in a centrifugal compressor for a broad mass flow range from surge to choke at the rotational design speed. For this purpose, using computational fluid dynamics and based on RANS, the three-dimensional flow inside the compressor is simulated. Its performance results are compared with the experimental test results from the hot turbocharger test rig, which shows acceptable agreement. Entropy generation is calculated and reported for each compressor component to identify losses. The general analysis of entropy production results shows that the impeller, diffuser, volute, and inlet duct account for 58.50%, 36.35%, 12.35%, and 0.43% at the design point of the whole compressor entropy generation, respectively. The share of entropy production of the impeller and diffuser cavities is 5.43 and 0.94% of the overall entropy produced at the design point, respectively.